[scheikunde] procestechniek massabalans

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Berichten: 8

procestechniek massabalans

Is er iemand die me kan helpen bij opgaven van massa balansen?

Heb al van een aantal opgaven wat uitwerkingen gezien, blijf het lastig vinden dus misschien is er iemand die me een juiste methode/aanpak kan aanleren.

'We vullen een kristalisator met 5000kg warme natriumsulfaat oplossing. Deze oplossing bevat 30m% natrium sulfaat en 70m% water. Door afkoeling treedt kristallisatie op. Vervolgens filteren we de suspensie waardoor een kristalmassa ontstaat, die nog 10m% water bevat. Het overgebleven filtraat blijkt nog 15m% natriumsulfaat te bevatten.

a. Hoeveel kg vochtige natriumsulfaatkristallen zijn er ontstaan?

b. Hoeveel kg filtraat is er ontstaan?

Aan alleen de antwoorden heb ik niks, want grootste gedeelte van de punten worden toegekend aan de uitwerking van de vraagstukken.

Ik begin altijd met een tekening te maken van de situatie, maar daarna zie ik vaak door de bomen het bos niet meer. Dus hoe ga ik te werk?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.722

Re: procestechniek massabalans

Vóór het filtreren heb je 5000 kg oplossing.
 
Hoeveel kg natriumsulfaat bevat deze oplossing?
Hoeveel kg water bevat deze oplossing ?
 
Na het filtreren heb je vochtig natriumsulfaat en filtraat met nog wat natriumsulfaat.
 
Stel je hebt x kg vochtig natriumsulfaat.
Hoeveel kg filtraat heb je dan (uitgedrukt in x)?

Berichten: 8

Re: procestechniek massabalans

0,30 x 5000kg = 1500kg natriumsulfaat

0,70 x 5000kg = 3500kg water

Maar daarna 'stel je hebt x kg vochtig natriumsulfaat. Hoeveel kg filtraat heb je dan??? Kan je dat nog toelichten wat je daarmee bedoeld ?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: procestechniek massabalans

stap 1: tabelletje maken:
 
totaalna2so4h2o
%1003070
kg500015003500
residu x kg90%10%
filtraaty kg15%85%
 
stap 2: vergelijkingen opstellen met x-en en y-en
stap 3: vergelijkingenstelsel oplossen
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 8

Re: procestechniek massabalans

dat tabelletje is wel een goede tip, had ik nog niet eerder gezien en op die manier houd je wat meer overzicht denk ik.
Maar de vergelijkingen opstellen vind ik een erg lastig deel. 
totaalbalans in=uit
(in) 5000kg = (uit) 1500kg + 3500kg
F= X+Y
 
deelbalans:
residu= 0,90*X + 0,10*Y
filtraat= 0,15*X + 0,85*Y 
 
F          =    X     +     Y              (x0,15)
Filtraat =0,15*X + 0,85*Y          (x 1)
 
 
Filtraat =  0,15X + 0,85Y
0,15F   =  0,15X + 0,15Y  _
-------------------------------------
???     =         0,60Y 
 
Pfff ik kom er verder niet echt uit, wat hierboven staat klopt volgens mij al niet, dus heeft het weinig zin op de andere vergelijking op dezelfde manier op te stellen en op te lossen lijkt me??

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: procestechniek massabalans

wat dacht je van 0,1x + 0,85y = 3500 
zo is er nog eentje....
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 10.563

Re: procestechniek massabalans

En nog wat algemene tips:
 
Beginnen met een tekening is goed. De volgende stap is dat je in die tekening bij alle stromen de gegevens opschrijft die je kent. Wat je niet kent laat je (voorlopig) in symbolen staan.
 
Bij de stroom die de kristallisator ingaat schrijf je bijvoorbeeld
 
Fin= 5000 kg
xNa2SO4, in = 0.3
xH2O, in = 0.7
 
Bij de filtrator schrijf je
 
Ffiltraat = ...
xNa2SO4, filtraat = 0.15
xH2O, filtraat = 1-0.15 (filtraat) = 0.85
 
 
Fkristallen = ....
xH2O, kristallen = 0.1
xNa2SO4, kristallen = 1-0.1 = 0.9
 
Vervolgens kun je massabalansen opstellen. Voor de totaalstroom geldt: in = uit. Dit geldt ook voor de stroom van alle componenten. Je kunt dus altijd één vergelijking meer opstellen dan je aan componenten hebt. Als je consequent hebt ingevuld wat je weet (en de opgave correct was), heb je nu een stelsel van N vergelijkingen met N onbekenden.
 
Bij het opstellen van de stromen heb ik eigenlijk een bochtje afgesneden. Als ik het héél systematisch had willen doen had ik bijvoorbeeld xH2O, filtraat niet moeten invullen als (1-0.15) maar gewoon moeten laten staan, en een extra vergelijking moeten opschrijven:
 
xNa2SO4, filtraat + xH2O, filtraat = 1
 
Voor deze opgave is het natuurlijk prima, want dit zie je in 1 oogopslag. Maar stel dat je meer stromen hebt, met meer componenten en meer apparaten, dan kan het zeker meerwaarde bieden.
 
Wanneer je meer apparaten hebt, kun (moet) je ook balansen opstellen per apparaat, waarbij je voor ieder apparaat de stromen aangeeft, en per apparaat systematisch vergelijkingen opstelt die neerkomen op in = uit
 
(dit onder de aanname dat er geen omzetting en ophoping is, anders moeten die ook een plaats krijgen in de balans - maar de systematiek blijft hetzelfde)
 
Op dit forum zijn in het verleden al een behoorlijk aantal massabalans-opgaven besproken, die je met de zoekfunctie allicht kunt terugvinden. Met die opgaven, en de uitwerkingen erin, kun je misschien al een heel eind verder komen!
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Berichten: 8

Re: procestechniek massabalans

Jan van de Velde schreef: wat dacht je van 0,1x + 0,85y = 3500 
zo is er nog eentje....
0,90x + 0,15y = 1500 
is dat degene die je bedoeld?

Berichten: 8

Re: procestechniek massabalans

Marko schreef:  
 
Vervolgens kun je massabalansen opstellen. Voor de totaalstroom geldt: in = uit. Dit geldt ook voor de stroom van alle componenten. Je kunt dus altijd één vergelijking meer opstellen dan je aan componenten hebt. Als je consequent hebt ingevuld wat je weet (en de opgave correct was), heb je nu een stelsel van N vergelijkingen met N onbekenden.
 
Bij het opstellen van de stromen heb ik eigenlijk een bochtje afgesneden. Als ik het héél systematisch had willen doen had ik bijvoorbeeld xH2O, filtraat niet moeten invullen als (1-0.15) maar gewoon moeten laten staan, en een extra vergelijking moeten opschrijven:
 
xNa2SO4, filtraat + xH2O, filtraat = 1
 
Voor deze opgave is het natuurlijk prima, want dit zie je in 1 oogopslag. Maar stel dat je meer stromen hebt, met meer componenten en meer apparaten, dan kan het zeker meerwaarde bieden.
 
Wanneer je meer apparaten hebt, kun (moet) je ook balansen opstellen per apparaat, waarbij je voor ieder apparaat de stromen aangeeft, en per apparaat systematisch vergelijkingen opstelt die neerkomen op in = uit
 
(dit onder de aanname dat er geen omzetting en ophoping is, anders moeten die ook een plaats krijgen in de balans - maar de systematiek blijft hetzelfde)
 
Op dit forum zijn in het verleden al een behoorlijk aantal massabalans-opgaven besproken, die je met de zoekfunctie allicht kunt terugvinden. Met die opgaven, en de uitwerkingen erin, kun je misschien al een heel eind verder komen!
 
Ik heb 2 zinnen van je onderstreept, waarbij het voor mij niet duidelijk is wat je er mee bedoeld, kan je dit nog eens toelichten? 
(ik ga nu even een tekeningtje maken en deze zal ik hier straks ook bijvoegen)

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.270

Re: procestechniek massabalans

bazz81 schreef: 0,90x + 0,15y = 1500 
is dat degene die je bedoelt?
ja, en zo heb je een stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden en dat los je op. 
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Berichten: 10.563

Re: procestechniek massabalans

Laten we even deze opgave als voorbeeld nemen.
 
Je hebt hier een systeem met 2 componenten: water en natriumsulfaat
 
Je kunt voor iedere component een balans opstellen (dus: net zoveel deelbalansen als componenten), en ook nog een totaalbalans, dus altijd 1 balans meer dan je aan componenten hebt. In dit geval dus 3.
 
Voor de totaalstroom kun je zeggen dat wat er de kristalisator (begin van het proces) ingaat, 5000 kg dus, gelijk moet zijn aan wat er aan de achterkant van de filtrator uitgaat (een massa aan kristallen en een massa aan water). Dus: Fin (=5000) = Ffiltraat + Fkristallen
 
Dat is vergelijking 1
 
Voor het natriumsulfaat kun je hetzelfde doen: 0.3 * 5000 = 0.15*Ffiltraat + 0.9 * Fkristallen
 
En voor het water ook: 0.7 * 5000 = 0.85 * Ffiltraat + 0.1 * Fkristallen
 
Zo heb je dus 3 balansen, 1 meer dan het aantal componenten.
 
Ik heb nu al een aantal waarden in de balansen ingevuld. Als je het helemaal netjes doet staat er:
 
Fin = Ffiltraat + Fkristallen
xNa2SO4, in* Fin = xNa2SO4, filraat* Ffiltraat + xNa2SO4, kristallen * Fkristallen
xH2O, in * Fin = xH2O, filtraat* Ffiltraat + xH2O, kristallen * Fkristallen
 
Dan een lijstje vergelijkingen waarmee je niets meer of minder aangeeft dan dat het totaal van een stroom de som is van de fracties:
 
xNa2SO4, in+ xH2O, in = 1
xNa2SO4, filraat + xH2O, filtraat=1
xNa2SO4, kristallen + xH2O, kristallen = 1
 
En daaronder een rijtje met gegevens:
 
Fin = 5000
xNa2SO4, in= 0.3
xH2O, kristallen = 0.1
xNa2SO4, filraat = 0.15
 
 
In totaal heb je nu 10 vergelijkingen: De totaalbalans en de deelbalansen, de vergelijkingen die aangeven dat de som van de fracties gelijk is aan 1, en het lijstje met gegevens.
 
Als je goed telt zie je dat je 9 onbekenden hebt (3 keer F, 6 keer x)
 
Om een probleem op te lossen moet je evenveel vergelijkingen hebben als onbekenden. Omdat in iedere opgave dit aantal anders kan zijn heb ik het in het vorige bericht "N" genoemd.
 
Met 1 gegeven minder was deze opgave dus ook op te lossen geweest.
 
De aanpak hier is voor deze opgave wellicht een beetje overdreven - schieten met een kanon op een mug wellicht, omdat je ook "op gevoel" of met wat proberen wel wat bruikbare vergelijkingen kunt vinden.
 
De systematische aanpak (tekenen, stromen identificeren, vergelijkingen opstellen, gegevens in kaart brengen) leent zich echter voor alle processen. En niet alleen voor wat betreft massabalansen, maar ook energiebalansen.
 
Met deze aanpak kun je om het even welk uitgebreid systeem beschrijven en doorrekenen.
 
Uiteindelijk is het aan te raden om dat doorrekenen van de stelsels die je krijgt door een computer te laten doen, maar daar zit in wezen de uitdaging ook niet in.
 
Overigens kun je het opstellen van de stelsels ook voor een groot deel laten automatiseren, maar het is altijd goed om te begrijpen wat er op dat moment feitelijk gebeurt.
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Berichten: 8

Re: procestechniek massabalans

Afbeelding
 
Dus antwoord op vraag a is dan 1000KG
en antwoord vraag b is dan 4000KG ?
 
Klopt dit? Indien dit juist is probeer ik een andere opgave helemaal zelf te doen en de uitwerkingen en antwoorden hier neer te zetten.
Tot zover heel erg bedankt voor de hulp, tips en ondersteuning!!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.563

Re: procestechniek massabalans

Dat klopt!
 
Als je nog geïnteresseerd bent in een wat uitgebreidere opgave, dan is er op dit forum hier een te vinden.
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Berichten: 8

Re: procestechniek massabalans

Opdracht 2:
 
De verse voeding (F) van een verdamper is 5,0 ton per uur. De samenstelling van de verse voeding is 20m% natriumacetaat en 80m% water. De verdamper verdampt een deel van het water (W). De samenstelling van de ingedikte vloeistof (M) is 55m% NA en 45m% water. In de kristallisator koelt de oplossing af, waardoor kristallisatie optreedt. In een centrifuge worden de kristallen (K) gescheiden van de moederloog. De natte kristallen bevatten nog 4m% water. De moederloog (R) wordt als recycle stroom met de verse voeding gemengd en in de verdamper gevoed. De concentratie NA in de recyclestroom is 60g zout/100 gram water.
 
a. Maak een blokschema
b. Hoeveel natte kristallen komen er per uur uit de kristallisator?
c. Hoeveel waterdamp komt er per uur uit de verdamper?
d. Wat is de samenstelling van de recyclestroom in m%?
e. Hoeveel ingedikte vloeistof komt er per uur uit de verdamper?
f. Wat is de samenstelling van de totale voeding van de verdamper in m%?
 
Ik heb weer een tekening gemaakt en volgens mij heb ik a-b-c-d al correct opgelost, zie bijgevoegde berekening. (klopt dit?)
 
Voor vraag E kom ik nu niet verder; 
M=R+K
 
en Vraag F
A=R+F
 
Moet ik eerst nog een tussen stap nemen (berekenen of kan ik hier wel gelijk mee aan de slag, ik zie het niet in ieder geval
Afbeelding

Gebruikersavatar
Berichten: 10.563

Re: procestechniek massabalans

B en C zijn in ieder geval op de goede manier aangepakt en zijn juist.
 
Bij D, hoe heb je R berekend?
 
Verder: Je hebt nu vergelijkingen opgesteld voor de kristallisator (M = R + K), en voor de ingang van de verdamper (A = F + R), maar nog niet voor de verdamper zelf. Welke vergelijking kun je daar voor opstellen?
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Reageer